MAC 项目：CTSS 和 Multics

1963 年春，麻省理工学院（MIT）在 J. C. R. Licklider 的建议下组织了 MAC 项目。其创始主任是麻省理工学院教授 Robert M. Fano。根据 Fano 在 MAC 项目第二期进展报告（1965 年）的“前言”，MAC 代表机器辅助认知（Machine-Aided Cognition）和多重访问计算机（Multiple-Access Computers）。事实上，这就是位于 Tech Square 五楼 MIT 计算机科学部门对该项目的称呼。在九楼的 Marvin Minsky 人工智能实验室，该项目被称为“人和计算机”（Man and Computer）（该实验室最初是 Minsky 和 McCarthy 的，但当 LISP 发明者 John McCarthy 搬到斯坦福后，他的名字就不再使用了）。

1963 年，MAC 项目举行了一次夏季研究，吸引了许多著名计算机科学家前往剑桥，使用 IBM 上的 CTSS（兼容分时系统），并讨论计算的未来。当时，MAC 项目的主要工作包括 Fernando J. Corbato 的 CTSS、Victor H. Yngve 的 COMIT 和 Minsky 的人工智能实验室。

1950 年代和 1960 年代早期是批处理时代。但这种方式浪费了时间和资源。浪费来自无处不在的签到表——计算机室的“命运”之表。除非你运气好，在某些站点可以通过排队几秒钟做小任务（比如调试），否则你必须预约一小时。你的程序运行了 40 分钟。更糟的是，程序没有在预约的一小时内完成：它会被终止（大多数情况下，部分完成的工作会丢失），你只能再预约一个一小时半的时段（通常在凌晨 1、2 或 3 点）。解决这个问题的方法是分时。

兼容分时系统（CTSS）是最早的分时系统之一。由 Corbato 领导的团队在麻省理工学院计算中心开发，运行于经过修改的 IBM 7094 机器，配备第二个 32K 字的内存块，并使用两台 IBM 7320A 磁带机。1965 年初接入了第二台 7094。通过连接至拨号调制解调器的 IBM 7750 通信控制器，最多支持 30 位用户远程访问（实际上，没有人能获得完整一小时的 CPU 时间，因为这会超过系统的最大故障间隔时间！）

CTSS 作为 MAC 项目的分时系统，既是服务设施，也是系统程序员的实验室。正是这第二个功能促使——在 7094 仍在调试时——开始了 Multics（多路信息与计算服务）项目。

Multics 是第二代分时系统，旨在成为“计算机公用事业”的原型。从 1964 年开始，由 MAC 项目、贝尔电话实验室和通用电气联合开发。Corbato 是开发工作的主要领导者，该项目有九个主要目标：

• 便捷的远程终端使用

• 类似电话服务式的连续运行

• 多种系统配置选择

• 高可靠性的内部文件系统

• 支持选择性的信息共享

• 分层的信息结构

• 支持大量应用程序

• 支持多种环境和接口

• 系统的可演进能力

Berkley Tague 于 1962 年加入贝尔电话实验室（BTL），并于 1965 年加入 Multics 团队（担任“项目三人组的秘书”）。他表示，到 1967 年时，项目显然无法成功，因为“三方目标不兼容”。随后他去了新泽西州惠帕尼的 AT&T 工作了三年，参与了一个名为 Safeguard 的项目，1970 年又回到了 Murray Hill。

麻省理工学院的 Jack Dennis 教授为 Multics 初期贡献了一些有影响力的架构思想。当时需要为支持新操作系统选择计算机供应商，传闻称 IBM 推荐了后来成为 360/65 的机器。Doug Mcllroy 曾对我说：

这是真的。但 [Gene] Amdahl 不会做虚拟机（VM）。在最后一刻，IBM 让 Gerry Blaauw 从幕后出来推销 360/67，但已经太晚了。

IBM 的员工对 MAC 团队关于分页的想法不感兴趣，当时作为麻省理工学院讲师的 Joseph Weizenbaum 将 MAC 团队介绍给了他在通用电气斯克内克塔迪的前同事，这些同事对分页和分段持开放和热情态度，并提出了后来成为 GE-645（635 升级版）的设计方案。因此，通用电气公司成为了 Multics 项目的一部分。

麻省理工学院、贝尔电话实验室和通用电气公司就合作架构达成一致。三方组成一个三人决策小组，分别由以下人员代表：Fano（麻省理工学院）、E. E. David（贝尔电话实验室）和 C. W. Dix（通用电气公司）。实际管理实施的三人小组由 Corbato（麻省理工学院）、A. L. Dean（通用电气公司）和 Peter G. Neumann（贝尔电话实验室）组成。项目的重要特点包括分段内存、虚拟内存、高级语言实现（PL/I）、共享内存多处理器、多语言支持以及在线重配置。

PL/I 于 1964 年被选为编程语言。其他备选方案有 MAD（密歇根算法显示语言）的移植版和 AED-0（MIT 显示语言）的移植版。完整的 PL/I 语言比预期更难实现。于是，项目外包给一家外部公司制作 PL/I 编译器，由贝尔电话实验室管理合同。该承包商派了两个人，但一年后仍未完成编译器。贝尔电话实验室的 Bob Morris 和 Doug Mcllroy 制定了备选方案，使用 McClure 在 7094 上开发的 TMG 语言，称之为 EPL（Early PL/I）。Mcllroy 回忆道：

我们从 1965 年 5 月 3 日开始构建 EPL，正当我们发现承包商毫无进展时。年底之前我们就有了用户。到了 Morris 在 1966-1967 学年休假离开时，EPL 已经被充分使用。

我们聘请的承包商从未产出任何有价值的正式编译器，因此 EPL 一直使用到大约 1970 年，当时通用电气公司的一支熟练团队制作了真正的编译器。

Morris 用 TMG 编写了前端；它输出的是 ASCII 格式的一地址代码。每个地址都带有 < base, scale, mode, precision > 的注释，挺复杂的。我负责代码生成器，也用 TMG 写，输出汇编语言。Dolores Leagus 负责编译结构声明。

我们排除了 I/O（约占 PL/I 语法的一半）、定点缩放（除法结果变为浮点数）、“defined”属性和数组切片，但处理了相当大的一部分子集，包括 IBM 早期版本中遗漏的棘手“refer”属性。（“refer”允许结构体中数组的维度由结构体中先前元素给出。）

Jim Gimpel 加入负责处理 Multics 大量使用的打包数据，我们还在中间语言中改造了一些三地址码，以帮助消除无用的临时变量。该编译器缺少一些生产环境的便利功能。

错误信息只有两个：“syntax error”和“redeclaration”，还有一个警告：当短数据跨越字边界时出现，“idiotic structure”，。

TMG 是由 McClure 从 CDC 1600 移植过来的，他将汇编语言转换成 7090 代码格式，而我则在 1000 英里外进行调试。Clem Pease 通过将 IBM 指令定义为 635 宏并重新汇编，使其移植到了 GE 635。

编译器生成 EPLBSA（EPL 引导汇编器）格式的输出。编译速度非常慢。

在等待 PL/I 编译器可用期间，团队编写了《Multics 系统程序员手册》。该手册约有 3000 页，每个章节都经过了严格审查，许多章节经多次重写和深入修订。

Tom Van Vleck 说：

1968—1969 年，系统进度迟缓，面临着重大财政压力和取消威胁。也许这反而增强了团队精神（而非表面士气）。1968 年，美国国防部高级研究计划局（ARPA）一个特别委员会的评审，差点导致项目被取消；但他们建议我们继续。不过为时已晚。因为迟迟未完成，贝尔实验室于 1969 年 4 月撤出项目。

虽然 1993 年仍有 Multics 机器在运行，但它们已经非常罕见。Van Vleck 给我提供了以下列表。标有星号的两个地点尚未确认。

• ACTC（加拿大艾伯塔省卡尔加里）

• 空军数据服务中心（华盛顿特区）*

• Bull System-M（亚利桑那州凤凰城）

• 里昂信贷银行（法国巴黎）

• 国防部（加拿大新斯科舍省哈利法克斯）

• 福特汽车公司（密歇根州迪尔伯恩）

• 通用汽车（密歇根州沃伦）

• 社会事务与就业部（荷兰海牙）*

• 国家安全局 [DOCKMASTER]（马里兰州林锡肯）

• 欧洲推进公司 [SEP]（法国韦尔农）

Multics 的重要性在于其持久的影响力。霍尼韦尔收购了通用电气的计算机业务，但其 GCOS 6 操作系统、Prime 的 Primos、Stratus 的 VOS 以及 Apollo 的 Domain 都深受 Multics 系统的影响，BBN 开发的 TENEX 和 TOPS-20 也不例外（Prime 创始人 Bill Poduska 曾在通用电气公司参与过 Multics 项目，之后加入了 DEC；曾任 Multics 语言管理者的 Bob Freiburghouse 是 Stratus 的创始人之一）。Intel 386/486 的内存管理看起来就像是直接从 Multics 手册中借鉴而来。但最重要的影响可能是在贝尔实验室的 Dennis Ritchie 和 Ken Thompson 以及他们的同事——Mcllroy、Morris、Neumann 和 Ossanna——身上，他们曾接触过 CTSS 和 Multics。Ritchie 告诉我：

我们从 Multics 学到了许多基础性的东西：

• 树状结构的文件系统

• 有一款独立且可识别的程序用于命令解释；甚至这个程序的名称“shell”也是从 Multics 中借用的

• 更根本的是，文件的结构，也就是说，大多数情况下文件没有结构，只是字节数组，不被操作系统解释

• 文本文件只是由换行符分隔的字符序列

• 输入/输出操作（读和写）的语义是基于文件句柄、缓冲区和计数的，隐藏了底层的磁盘块细节